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《工程机械重型汽车零部件》2006年 第7期 文章选登 评论 推荐打印论坛返回目录
如何排除工程机械启动机转动无力或不转动故障?
  田 云 鹤

1. 现象
  接通启动机开关,启动机转动无力或不转动。
2.  原因分析
  根据故障现象结合直流电动机工作原理分析,启动机转动无力或不转动,总是直流电动机的磁转矩减小或为零,或因摩擦阻力过大所致,即对外输出的有效转矩减小或为零。以下可从电枢电流强度、电机常数、内摩擦阻力的变化和电枢“扫搪”等几方面进行原因分析。
(1)电枢电流强度的影响  一般工程机械上采用的是串激式直流电动机。其磁转矩为:
             M=KΦIS
    由上式可知,电机常数K为一定值时,电动机转矩减小,多数是因电枢电流IS和磁通量Φ两个因素其中有一个减小或都减小,均会使电枢转矩减小。电枢电流与磁场绕组电流相等,故当电枢电流减小时,电磁转矩减小,即电机转动无力。
    电枢电流强度的大小主要受下列因素的影响:
    ①接触电阻和导线电阻的影响   启动机开关触盘与触点因烧蚀而接触不良、电刷换向器接触不良、电刷弹簧弹力弱使电刷与换向器接触不良,以及导线连接不紧等,均会引起电动机电路中的电阻值增大,甚至为无穷大,故电枢电流会随其电路中的电阻增大面减小。根据电阻与导电横截面为反比关系,与导线长度为正比关系,多股导线因振动、腐蚀有部分折断而使导电横截面减小,或是导线过长等,均会使电枢电阻增大,导致电枢电流减小,从而使启动机功率和转矩减小。
    ②蓄电池的影响  蓄电池是启动机的电源,启动机功率的大小与蓄电池输入启动机电能的多少有直接关系。如果蓄电池有故障输入启动机的电能少,启动机输出的功率就会减小,故工作时转动无力。
    ③温度的影响  当环境温度过低时,蓄电池会因温度过低而使电解液浓度增大,造成蓄电池内化学反应速度缓慢,从而影响了启动机的电流,则电机转矩也减小。
    总之,由于以上种种因素使启动机的电枢电流减小,磁场强度也减小,电机的电磁转矩相应减小,所以电动机转动无力。
    (2)电动机磁通量Φ的影响    直流启动机的磁极对数、电枢绕组和磁场绕组的匝数等均是设计和制造好的,已成为定值。如果电机磁场中的磁极对数减少或线圈匝数减少,均会使磁通量减少,电动机转动无力。启动机中的绕组匝数减少的主要原因有:
    启动机超期使用或使用维护不当,引起电枢线圈绕组和线圈磁场绕组绝缘老化而绝缘性能变差,易导致线圈绕组短路;
    电动机的电枢转动时,其导线便切割磁力线产生感应电动势。其电流方向与蓄电池输入电动机的电流方向相反,抵抗蓄电池的电流输入电动机。因此,该电动势为反电动势,其反电动势大小与电枢转速成正比。当启动机遇有阻力转矩过大时,转速降低甚至为零,反电动势减小,抵抗外来电流的能力减小或消失,此时蓄电池的电流就会大量流入启动机,并产生很高的热量,而将电动机各绕组烧坏,破坏了其绝缘性能,造成匝间短路或断路。根据磁场强度与线圈绕组匝数成正比关系,由于线圈绕组短路相当于匝数减少,故磁场强度减小                                                              
    (3)启动机摩擦阻力的影响    启动机的电枢轴承处有一定的机械摩擦阻力,这属于正常的,不过要求越小越好。这里所指的内摩擦阻力过大,是指维护时由于铰削衬套不当,装配过紧造成的内摩擦阻力超过正常值,这些过大的摩擦阻力会大量消耗电动机所产生的磁转矩,故对外输出的有效转矩就会相应减小甚至为零,即启动机转动无力,严重时不转动。
    (4)启动机“扫搪”    所谓启动机“扫搪”是指直流电动机转子铁芯与磁极发生刮擦的现象。电动机转子铁芯的外圆柱面与磁极的内圆柱面应保持规定的径向间隙(一般为0.5mm左右),如果电枢轴衬套磨损或轴弯曲等原因,均会引起电枢转子“扫搪”。启动机电枢转子“扫搪”会使机械摩擦阻力增大,输出有效转矩减小;同时还会因电枢转子扫搪时铁心距各磁极的间隙不等,径向大磁阻增大,磁通量减小。磁通量减小时,磁转矩M也减小。由此看来,启动机扫搪引起的摩擦阻力和磁通量减小的共同作用,使电动机转动无力,严重时不转动。
    综上所述,如果要把电动机电路中的不应有的电阻和机械摩擦阻力看作是转换中的效率,即电阻效率ηD,机械摩擦阻力ηZ。总效率ηDZ,那么,电动机输出的有效转矩为Me=KΦISη。由电功和电功率可知,电流通过启动机时,把电能转化为热能和机械能。启动机的电功率为:
    电功率(P)=电压(V)×电流(I)
    根据欧姆定律I=E/R,计算电功率的公式可换算为:
         P=EI=E2/R
         P=(IR)I=I2R
    由上式可知,如果启动机电路中接触电阻增大,电动机的电枢电流就会减小,由输出的有效功率就会减小。
    另外,启动机工作时,存在着机械摩擦损失和热能损失,使启动机转换的能量有效率下降,当理论功率乘以总效率时,启动机输出的有效功率下降,即电动机转动无力。
 
3.诊断与排除
  (1)检查    首先检查电源电路连接情况和电源总开关技术状况,其方法是通过观察和手动。如果发现线卡与蓄电池接柱接触不良,即线卡松动、蓄电池接柱有棱角或极柱氧化腐蚀严重,或启动机上的接柱与导线接触不良等,便是接触不良的原因所在,应予以排除。电源总开关接触不良电阻增大,也应对症排除。
    另外,由蓄电池与启动机连接的导线过细,或蓄电池与车架连接的搭铁线过细,均会使电阻增大,致使启动机电枢电流减小,而启动机转动无力。诊断时应注意到这一点。
    (2)检查蓄电池电压    用放电叉检查蓄电池。将放电叉与蓄电池某格正负极搭接,此时观察电压表,如果在5s内电压迅速下降低于1.5V,表明蓄电池内部有故障,例如,短路或极板硫化。没有放电叉时,也可用导线在蓄电池的正负极柱上做刮火试验,若出现微弱红火花,表明是蓄电池有故障或充电不足,而电压过低引起启动机转动无力或不转动,应按蓄电池故障进行处理。
    (3)检查启动机开关    接通启动机开关启动机不转动,用金属棒搭接开关两个接线柱(将开关隔出),若启动机转动正常,表明开关有故障,是触盘与触点接触电阻过大所致,应用砂纸打磨开关接触盘和触点,以消除电阻保证接触良好。
    (4)检查直流电动机故障    其方法是:拆下启动机,并用手扳转驱动齿轮,启动机摩擦阻力正常时应能轻易扳动。若扳动时感到费力或电枢转子不转,表明启动机内摩擦阻力过大。如果是刚修复的启动机,可能是轴与承套装配过紧,电枢轴弯曲或电机中三个轴承套不同轴等,均会使电动机内摩擦阻力过大。若是使用过久多是电动机“扫搪”,应予以排除。
    若用手转动转子手感轻松自如,则故障多在转子或定子绕阻,或电刷接触不良,应再做下列检查。
    (5)检查电枢绕组    观察电枢外圆柱面有无明显的擦痕、导线脱焊、搭铁或短路等,如有上述现象的其中之一便是故障所在,应进一步查明引起电枢外圆柱面有无明显的擦痕、导线脱焊搭铁或短路的原因,并对症排除。其检查方法是:
    ①搭铁检查    用试灯的两触针分别搭接在换向器和电枢轴上,如果试灯亮,表明电枢有搭铁现象,若不亮为良好。
    ②短路检查    将电枢放置在检验仪上,如图8-3-4所示。在电枢铁芯上,轴向放置一条形钢片(如手工锯锯条),接通电源并将电枢慢慢转动(锯条不动)。若钢片在某部位跳动,说明该线槽有匝间短路(多数是因换向片间有炭粉或金属屑),应予以更换或修理。
 
    ③断路检查    一般的磁场线圈不易折断,但引线焊接处脱焊还是有可能的。它的检查方法如图8-3-5所示。将电枢置于检验仪上并接通电源,用试灯两触针搭接水平位置的相邻换向片。若试灯亮,表明此线圈良好。否则,说明此线圈有断路。若没有试灯可用一导片在与试灯检查相同的换向片上周向刮火,若火花强烈表明线圈良好。否则,电枢线圈断路,应予以更换或修理。
 
    (6)检查磁场绕组:
    ①磁场绕阻搭铁检查:用一试灯两触针分别搭接启动机外壳和磁场绕组接线柱,若试灯不亮,表明良好。否则,磁场绕组有搭铁,应拆下线圈进行修理。
    ②检查短路情况:用2V电流电与磁场绕组两端接通,用螺丝刀靠近磁极检查吸力,并进行相互比较,手感吸力小的表明此绕组有匝间短路,如图8-3-6所示。应进而查明绕组的短路部位,并进行绝缘处理。
  ③电刷检查:电刷高度应不低于新电刷高度的2/3(一般国产启动机新电刷高度为14mm)。另外,电刷与换向器接触面积应不小于75%,电刷弹簧弹力应不小于15-20N。换向器表面应清洁,如不符合要求便是故障所在,应对症排除。
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